JP2006289429A - Ceramic end tab for welding base materials with different widths - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に鋼構造物の分野において幅が異なる母材同士を溶接する際に用いるセラミックエンドタブに関し、更に詳細には、従来の異幅母材溶接用セラミックエンドタブの問題点を解消する新しい形態の異幅母材溶接用セラミックエンドタブに関する。 The present invention relates to a ceramic end tab used when welding base materials having different widths mainly in the field of steel structures. More specifically, the present invention relates to a new ceramic end tab for solving a conventional ceramic end tab for different width base materials. The present invention relates to a ceramic end tab for welding a base material having a different width.
従来、異なる幅の母材同士を溶接する際には、図4に示されているような形状のエンドタブが用いられている(以下、本明細書においては、エンドタブを横向き姿勢に用いるものとして説明する)。すなわち、このエンドタブ100は、柱母材に接触する底面102、および開先加工した梁母材の開先角度α°に対応した角度で設けられた段差104を介して連続する突出した溶接非使用面106と相対的に窪んだ溶接使用面108を有するものである。
この従来型のエンドタブの取付け状況を図7に、応力の伝達方向を図8に示すが、このようなエンドタブを用いた場合には、図5に示す溶接始終端部の余長ビードCにおいて、柱母材底面先端部Bおよび梁母材開先側面止端部Aの双方に直角な隅角部が各々形成されて、それらの部分にアンダカット等の欠陥が生じた場合などには応力集中が生じる恐れがある。なお、図5、図7、図8において、符号1は柱母材を、符号2は梁母材を、符号3は溶融金属を、符号31は開先加工部を、符号4は裏当て金をそれぞれ示す。以下同じ。
Conventionally, when welding base materials having different widths, an end tab having a shape as shown in FIG. 4 is used (hereinafter, in this specification, it is assumed that the end tab is used in a lateral orientation). To do). In other words, this
FIG. 7 shows the state of attachment of this conventional end tab, and FIG. 8 shows the direction of stress transmission. When such an end tab is used, in the extra length bead C of the welding start / end portion shown in FIG. Concentration of stress occurs when corners perpendicular to both the pillar base bottom end B and the beam base groove side toe stop A are formed and defects such as undercuts occur in those parts. May occur. 5, 7, and 8,
この問題を解消するため、特許3069583号においては、溶接使用面である溶融金属受溝を扇状でかつ弧状にエンドタブの内側に傾斜した傾斜面で構成した図9の取付け図が示すようなエンドタブ150が提案されている。
しかしながら、このようなエンドタブにおいては、図10に示すように始終端部にて外側にふくらんだ扇状の余長ビード(符号C)が形成されその結果、梁母材側面止端部Aおよび柱母材先端部Bにおける溶接ビードと母材の成す各接触角度がより鋭角になりやすいので、これらの部位に応力集中が増大するという問題がある。
In order to solve this problem, Japanese Patent No. 3095883 discloses an
However, in such an end tab, as shown in FIG. 10, a fan-shaped extra-length bead (reference C) is formed outwardly at the start / end portion, and as a result, the beam base material side toe A and the column base are formed. Since each contact angle formed by the weld bead and the base material at the material tip B tends to be an acute angle, there is a problem that stress concentration increases at these portions.
また、特開2001-30094号においては、上記特許のエンドタブの溶融金属受溝を形成する使用面全体を平坦にして傾斜させた図13に図示したようなエンドタブが提案されている。
しかしながら、このようなエンドタブ形状を用いた始終端部ビードは、図12の斜視図に示すように初層部(底面ルート部)付近では溶接始終端部ビードの余長(図5のC)が長く、表層部(板厚表面部)では短く形成される。このため、図12に示すように初層部では、梁母材側面止端部Aにおける応力集中が増大する。
However, the start / end bead using such an end tab shape has an excess length (C in FIG. 5) of the weld start / end end bead near the first layer portion (bottom root portion) as shown in the perspective view of FIG. It is long and formed short in the surface layer portion (plate thickness surface portion). For this reason, as shown in FIG. 12, the stress concentration in the beam base material side toe portion A increases in the first layer portion.
そこで、本発明は、上記した従来の異幅母材溶接用セラミックエンドタブの問題点を解消することができ、かつ溶接姿勢を問わずガスシールドアーク溶接の半自動および溶接ロボットに適用することができる異幅母材溶接用セラミックエンドタブを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can solve the above-described problems of the conventional ceramic end tab for welding a different width base metal, and can be applied to a semi-automatic gas shielded arc welding and welding robot regardless of the welding position. It is an object to provide a ceramic end tab for welding a width base material.
上記課題は、本発明の下記(1)および(2)の構成のセラミックスエンドタブのいずれかにより解決される。
(1)柱母材に接触する底面12、この底面と垂直な側面に設けられ、開先加工した梁母材2の端面と接触する溶接非使用面14、およびこの溶接非使用面に対して相対的に窪んだ溶接使用面16を備え、前記溶接使用面と溶接非使用面が前記梁母材の開先角度α°に対応した角度で設けられた段差面18を介して連続した異幅母材溶接用セラミックエンドタブにおいて、前記溶接使用面が、この溶接使用面と段差面の交線(β軸)を中心軸にして、前記溶接非使用面に平行な面から所定の角度でエンドタブの内側に面回転(β°)された位置に設けられていることを特徴とする異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
(2)当該段差面18の幅が下部(初層部)から上部(表層部)まで実質的に同一である上記(1)に記載の異幅母材溶接用セラミックエンドタブ。
The above-described problems are solved by any one of the ceramic end tabs having the following configurations (1) and (2) of the present invention.
(1) With respect to the
(2) The ceramic end tab for different width base metal welding according to the above (1), wherein the width of the
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態による異幅母材溶接用セラミックエンドタブに付いて説明する。
図1は、本発明の実施形態による異幅母材溶接用セラミックエンドタブ10(以下、単にセラミックエンドタブと称す)は、柱母材に接触する底面12、この底面12と垂直な側面に設けられ、開先加工した梁母材の端面と接触する溶接非使用面14、およびこの溶接非使用面14に対して相対的に窪んだ溶接使用面16を備え、前記溶接使用面16と溶接非使用面14が前記梁母材の開先角度α°に対応した角度で設けられた段差面18を介して連続している。そして、本発明の図1に示すセラミックエンドタブ10においては、前記溶接使用面16が、この溶接使用面16と段差面18の交線であるβ軸を中心軸にして、前記溶接非使用面14に平行な面から所定の角度でエンドタブの内側方向に面回転された位置に設けられていることを特徴とする。
前記段差面18の幅は下部(初層部)から上部(表層部)まで実質的に同一であることが好ましい。
Hereinafter, a ceramic end tab for welding a different width base metal according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a
It is preferable that the width of the
図1において、符号hは、セラミックエンドタブ10の高さである。符号Gは、セラミックエンドタブ10のルートギャップの幅であり、7mmが基準である。符号αは、開先角度であり、25°、30°、35°、45°がある。符号β°は、溶接使用面16の回転角度で、α°が35°、Gが7mmの場合、15°〜22°の範囲が好ましい。
符号γ°は、溶接非使用面14に平行な面を基準としての溶接使用面16の底面12への広がり角度を表し、前記のα°およびβ°によって定まるものであり、これらを各々上記値とした時、12.4°〜18.3°の範囲となる。
符号Dは、段差面18における段差の深さであり、梁母材側(図6の項目6から5を結ぶ部分)の余長ビードの長さに関係し2〜4mmが好ましく、この範囲を越えるえる場合にはこの梁母材側の部分にアンダカット等の欠陥が生じ易くなる。 符号D°は、段差面18の溶接非使用面14に対する角度であり、アンダカット等の欠陥発生を防止するには上記した部分(A)に隅角部が形成されないように緩やかな角度(120〜135°)に設定することが好ましい。
上記回転角度β°が上記の値未満であると、上記の柱母材(底面)への広がり角度γ°は小さくなり、柱母材先端部(B)における応力集中が増大する。
In FIG. 1, the symbol h is the height of the
The symbol γ ° represents a spread angle of the
The symbol D is the depth of the step in the
When the rotation angle β ° is less than the above value, the spread angle γ ° to the column base material (bottom surface) becomes small, and the stress concentration at the column base material tip (B) increases.
一方、上記の値を超えると、広がり角度γ°が大きくなるが、柱母材1の表面とセラミックエンドタブ゛の溶接使用面16との挟む角度が狭くなって溶接施工が難しくなり、柱母材(底面の図6に示す項目3〜5の部分)に対して充分な溶け込みを与えることが困難となる。
また、本セラミックエンドタブ10においては、溶接使用面等の形状を回転対称に反対側の側面に形成する。
以上説明したセラミックエンドタブ10は、タブ材の高さ(符号h)が梁母材の板厚に所定の余盛部を加算したサイズ以上であれば、如何なる母材厚でも底面への広がり角度γ°が得られ、且つ図6に示す項目6の部分のサイズは段差面Dの幅に相応して一定に確保される特徴を持つ。したがって、従来であれば被溶接梁母材の板厚個々に応じた高さ(h)を持つエンドタブを用意する必要があったが、このエンドタブを使用する場合は、板厚毎にエンドタブを用意する必要はなく、エンドタブ個数の削減によるコスト効果と施工管理上の簡便化が図ることも出来る。
On the other hand, if the above value is exceeded, the spread angle γ ° will increase, but the angle between the surface of the
Moreover, in this
In the
(1)サンプル(エンドタブ)の形状
溶接実験に備えて表1に掲げる8種類のセラミックエンドタブのサンプルを作製して、実施例1〜実施例6とした。比較例として、図4に示す従来型形状を比較例1とし、図13に示すようにエンドタブの使用面208を開先上部から底面まで相対的に端部ビードが広がるようにエンドタブの内側を12.4°に削り込んだ形状を比較例2とした。
表1に示す各部の名称および符号は、図1、2,7,11,13に図示する通りである。
(2)試験体形状
本実験は柱母材に四面スキンプレートボックス柱を想定して図14に示すような実験用テストピースを製作した。
柱母材に相当する25t×150w×300LのSN490B鋼材を平置きして下板1とし、梁母材に相当するものとして22t×150w×250Lの250Lの側面のうち1面を開先角度35°に機械加工を施した同鋼種プレート2を前記下板1の上面に垂直に設置して、T継ぎ手の横向き姿勢用とした。したがって、溶接長は250mmである。なお、上記試験体のルートギャップ7mmの部分には、9t×25w×300Lのプレートを用いた裏当て金4を取り付けた。
(3)溶接実験方法
(1)溶接方法: 本実験はガスシールドアーク溶接方法を採用した。
(2)溶接条件: ・電流(A) 220〜330
・電圧(V) 26〜35
・速度(cm/min) 15〜90
(4)サンプル(エンドタブ)の取付け状況
(1)実施例1から6におけるエンドタブ(図1)の試験体への取付け状況は図2に示す通りである。
比較例のエンドタブの試験体への取付け状況は、図4に示す比較例1を図7に、図13に示す比較例2を図11に示す通りである。
(2)取付け状況図2に示す実施例1から6と図7に示す比較例1では、段差の深さDが初層部(底面ルート部)から梁母材2の表層部(板厚表面部)まで一定である。
しかしながら、比較例2のh32mmのエンドタブを梁母材2の板厚22mmの試験体に取付けた場合、表1に示す通り、エンドタブ表層部での段差d2は3mmであるが、梁母材(図14の2)の板厚22mmに相当するビード表層部分(図11のd3)では段差が4.5mmに増加する。この段差増加量は梁母材板厚が薄くなる程大きく、応力集中傾向を増大させることとなる。
(1) Shape of sample (end tab) Eight types of ceramic end tab samples listed in Table 1 were prepared in preparation for a welding experiment, and designated as Examples 1 to 6. As a comparative example, the conventional shape shown in FIG. 4 is referred to as comparative example 1, and as shown in FIG. 13, the end tab
The names and symbols of the parts shown in Table 1 are as illustrated in FIGS. 1, 2, 7, 11, and 13.
(2) Shape of test body In this experiment, a test piece as shown in FIG. 14 was manufactured assuming a four-side skin plate box column as a column base material.
The SN490B steel material of 25t x 150w x 300L corresponding to the column base material is laid flat to make the
(3) Welding experiment method (1) Welding method: This experiment adopted a gas shielded arc welding method.
(2) Welding conditions: Current (A) 220-330
・ Voltage (V) 26-35
・ Speed (cm / min) 15-90
(4) Sample (end tab) attachment state (1) The state of attachment of the end tab (FIG. 1) to the test body in Examples 1 to 6 is as shown in FIG.
FIG. 7 shows the comparative example 1 shown in FIG. 4, and FIG. 11 shows the comparative example 2 shown in FIG.
(2) Mounting condition In Examples 1 to 6 shown in FIG. 2 and Comparative Example 1 shown in FIG. 7, the depth D of the step is from the first layer part (bottom root part) to the surface layer part (plate thickness surface) of the
However, when the h32 mm end tab of Comparative Example 2 is attached to the
実験結果
(1)実験結果を評価して表2に示す。評価項目1,2では溶接施工性を評価し、評価項目3〜6では、溶接始終端部ビードについて図6に示す項目3〜6部分を評価した。評価項目7では総合評価とした。評価は目視による外観検査をおこない、◎○△▲×式の5段階にて表示した。
(2)実験結果の説明
(1)本発明エンドタブに関わる実施例1から6については、溶接始終端部ビード部分にて、底面(図6に示す項目3と4を結ぶ線)への溶け込み状況は良好であり、梁母材側面(項目5と6を結ぶ線)で欠陥の発生はなく、優れたビード外観が形成された。また、図6に示す項目5と6の線上および項目3と4の線上の各隅角部は直角でない円弧状の滑らかな形状となり、しかも、項目5から3、および項目6から4へかけての広がりも同等の角度が確保でき、図3に示す通りの結果が得られた。
なお、実験の検査項目の総合評価において◎と判定した実施例2と実施例5の差は殆んどなかったが、梁母材開先側の最終層上部(項目6の部分)におけるビード馴染み(融合)の点で、実施例2の方が、一層良い結果であった。
(2)比較例1については、評価項目1で端部が見え難いという作業性の問題があり、図6に示す項目3から4の線上、および項目6の部分に溶け込み不良が発生した。
(3)比較例2については、図6に示す項目3〜5における溶け込み不良が発生した。
Experimental results (1) The experimental results are evaluated and shown in Table 2.
(2) Explanation of Experimental Results (1) For Examples 1 to 6 related to the end tab of the present invention, the penetration state to the bottom surface (
In addition, although there was almost no difference between Example 2 and Example 5 determined as ◎ in the overall evaluation of the test items in the experiment, bead familiarity in the upper part of the final layer (item 6 part) on the beam base material groove side. In terms of (fusion), Example 2 gave better results.
(2) In Comparative Example 1, there was a problem of workability that it was difficult to see the end portion in the
(3) About the comparative example 2, the penetration defect in the items 3-5 shown in FIG.
10 本発明のセラミックエンドタブ
12 本発明のセラミックエンドタブ底面
14 本発明のセラミックエンドタブ溶接非使用面
16 本発明のセラミックエンドタブ溶接使用面
18 本発明のセラミックエンドタブ段差面
D 段差の深さ(d1は初層部、d2は表層部)
D° 段差面の非使用面(14)に対する角度
α° 開先角度
β軸 使用面(16)と段差面(18)の交線(分線)
β° 面回転角度
γ° 低面への広がり角度
S 低面への広がり幅 (S1 初層部、S2は表層部)
G ルートギャップ
h エンドタブの高さ
1 柱母材
2 梁母材
3 溶着金属
31 開先加工部
4 裏当て金
100 従来型エンドタブ(比較例1)
102 従来型エンドタブ(比較例1)の底部
104 従来型エンドタブ(比較例1)の段差面
106 従来型エンドタブ(比較例1)の非使用面
108 従来型エンドタブ(比較例1)の使用面
150 凹型円弧状のエンドタブ形状
200 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ(比較例2)形状
202 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ(比較例2)の底面
204 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ(比較例2)の段差面
206 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ(比較例2)の非使用面
208 相対的に内側に傾斜させたエンドタブ(比較例2)の使用面
A 梁母材側面止端部の隅角部
B 柱母材底面先端部の隅角部
C 端部ビード
DESCRIPTION OF
D ° Angle of step surface to non-use surface (14) α ° Groove angle β axis Intersection line (segment) of use surface (16) and step surface (18)
β ° Surface rotation angle γ ° Spreading angle to low surface S Spreading width to low surface (S1 first layer part, S2 is surface layer part)
G Route gap h
102 Conventional End Tab (Comparative Example 1)
Claims (2)
2. The ceramic end tab for welding a different width base metal according to claim 1, wherein the width of the stepped surface is substantially the same from the lower part to the upper part.
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